Distinct neural correlates of visual long-term memory for spatial location and object identity: a positron emission tomography study in humans.

The purpose of the present study was to investigate by using positron emission tomography (PET) whether the cortical pathways that are involved in visual perception of spatial location and object identity are also differentially implicated in retrieval of these types of information from episodic long-term memory. Subjects studied a set of displays consisting of three unique representational line drawings arranged in different spatial configurations. Later, while undergoing PET scanning, subjects' memory for spatial location and identity of the objects in the displays was tested and compared to a perceptual baseline task involving the same displays. In comparison to the baseline task, each of the memory tasks activated both the dorsal and the ventral pathways in the right hemisphere but not to an equal extent. There was also activation of the right prefrontal cortex. When PET scans of the memory tasks were compared to each other, areas of activation were very circumscribed and restricted to the right hemisphere: For retrieval of object identity, the area was in the inferior temporal cortex in the region of the fusiform gyrus (area 37), whereas for retrieval of spatial location, it was in the inferior parietal lobule in the region of the supramarginal gyrus (area 40). Thus, our study shows that distinct neural pathways are activated during retrieval of information about spatial location and object identity from long-term memory.

Characterization of subtype-specific antibodies to the human D5 dopamine receptor: studies in primate brain and transfected mammalian cells.

To achieve a better understanding of how D5 dopamine receptors mediate the actions of dopamine in brain, we have developed antibodies specific for the D5 receptor. D5 antibodies reacted with recombinant baculovirus-infected Sf9 cells expressing the D5 receptor but not with the D1 receptor or a variety of other catecholaminergic and muscarinic receptors. Epitope-tagged D5 receptors expressed in mammalian cells were reactive with both D5 antibodies and an epitope-specific probe. A mixture of N-linked glycosylated polypeptides and higher molecular-mass species was detected on immunoblots of membrane fractions of D5-transfected cells and also of primate brain. D5 receptor antibodies intensely labeled pyramidal neurons in the prefrontal cortex, whereas spiny medium-sized neurons and aspiny large interneurons of the caudate nucleus were relatively lightly labeled. Antibodies to the D5 dopamine receptor should prove important in experimentally determining specific roles for the D5 and D1 receptors in cortical processes and diseases.

Dos biomarcadores ao estadiamento da perturbação bipolar : uma revisão bibliográfica

Trabalho Final do Curso de Mestrado Integrado em Medicina, Faculdade de Medicina, Universidade de Lisboa, 2014

Effets de la stimulation magnétique transcrânienne dans la maladie de Parkinson avec déficits cognitifs légers

Beaucoup de patients atteints de la maladie de Parkinson (MP) peuvent souffrir de troubles cognitifs dès les étapes initiales de la maladie et jusqu’à 80% d’entre eux vont développer une démence. Des altérations fonctionnelles au niveau du cortex préfrontal dorsolatéral (CPFDL), possiblement en relation avec le noyau caudé, seraient à l’origine de certains de ces déficits cognitifs. Des résultats antérieurs de notre groupe ont montré une augmentation de l’activité et de la connectivité dans la boucle cortico-striatale cognitive suite à la stimulation magnétique transcrânienne (SMT) utilisant des paramètres « theta burst » intermittent (iTBS) sur le CPFDL gauche. Pour cette étude, 24 patients atteints de la MP avec des troubles cognitifs ont été séparées en 2 groupes : le groupe iTBS active (N=15) et le groupe sham (stimulation simulée, N=9). Une batterie neuropsychologique détaillée évaluant cinq domaines cognitifs (attention, fonctions exécutives, langage, mémoire et habiletés visuo-spatiales) a été administrée lors des jours 1, 8, 17 et 37. Le protocole iTBS a été appliqué sur le CPFDL gauche durant les jours 2, 4 et 7. Les scores z ont été calculés pour chaque domaine cognitif et pour la cognition globale. Les résultats ont montré une augmentation significative de la cognition globale jusqu’à 10 jours suivant l’iTBS active, particulièrement au niveau de l’attention, des fonctions exécutives et des habiletés visuo-spatiales. Cet effet sur la cognition globale n’est pas répliqué dans le groupe sham. Ces résultats suggèrent donc que l’iTBS peut moduler la performance cognitive chez les patients atteints de MP avec des déficits cognitifs.

Corrélats neuronaux du circuit des récompenses chez les jeunes à risque parental de troubles de l'humeur

Cette thèse a pour objectif l’investigation du circuit des récompenses, sur les plans comportementaux et neuronaux, chez des adolescents à risque parental élevé de dépression majeure et de trouble bipolaire, en comparaison à des jeunes à risque parental peu élevé. Plus précisément, le but est d’identifier des marqueurs comportementaux et neuronaux du risque de développer une dépression majeure ou un trouble bipolaire, afin d’être en mesure de détecter et de prévenir ces troubles le plus tôt possible pour éviter, ou du moins retarder, leur émergence. Pour ce faire, nous avons réalisé deux études, présentées ici dans deux articles empiriques. Dans le premier article, le fonctionnement comportemental et neuronal du circuit des récompenses a été investigué au moyen d’une tâche d’anticipation et d’obtention de gains et de pertes monétaires, chez des adolescents à risque parental de dépression majeure (i.e., jeunes asymptomatiques dont un des parents souffre de dépression majeure), des adolescents à risque parental de trouble bipolaire (i.e., jeunes asymptomatiques dont un des parents souffre de trouble bipolaire) et des adolescents contrôles (i.e., jeunes asymptomatiques dont les deux parents sont en bonne santé mentale). Au niveau comportemental, les résultats ont révélé une meilleure performance chez les jeunes à risque de dépression majeure lorsqu’ils devaient éviter d’obtenir des pertes monétaires de magnitude variée (0,20$, 1$ ou 5$), ainsi qu’une meilleure performance chez les jeunes à risque de trouble bipolaire sur les essais impliquant d’éviter des pertes monétaires de magnitude nulle (0$). Au niveau neuronal, les jeunes à risque de dépression majeure démontraient une diminution de l’activation du cortex préfrontal dorsolatéral lors de l’anticipation de potentielles pertes monétaires de magnitude variée, tandis que les jeunes à risque de trouble bipolaire démontraient une diminution de l’activation du cortex préfrontal dorsolatéral lors de l’anticipation de potentielles pertes monétaires de magnitude nulle. De plus, les jeunes à risque de dépression majeure tendaient à démontrer une augmentation de l’activité du cortex orbitofrontal durant l’évitement réussi de pertes monétaires, tandis que les jeunes à risque de trouble bipolaire tendaient à démontrer une augmentation de l’activité du cortex orbitofrontal lors de l’obtention de pertes monétaires. Dans le deuxième article, l’intégrité structurelle des régions fronto-limbiques a été investiguée, au moyen de mesures du volume, de l’épaisseur corticale et de la superficie corticale. Les résultats ont mis en évidence, chez les jeunes à risque de trouble bipolaire, un volume plus élevé du cortex préfrontal dorsolatéral, par rapport aux jeunes à risque de dépression majeure et contrôles. De plus, les jeunes à risque de trouble bipolaire présentaient un volume plus élevé du cortex cingulaire postérieur, en comparaison aux jeunes à risque de dépression majeure. Enfin, une diminution de l’épaisseur corticale du cortex orbitofrontal et du gyrus frontal moyen a été observée chez les adolescents à risque de trouble bipolaire, en comparaison au groupe contrôle. L’ensemble de ces résultats démontre ainsi l’existence de particularités comportementales et d’altérations neuronales sur les plans fonctionnel et structurel, chez des jeunes à risque élevé de troubles de l’humeur, et ce, avant même l’émergence des premiers symptômes thymiques. Plus particulièrement, ces caractéristiques pourraient constituer des marqueurs du risque de développer un trouble de l’humeur. Par conséquent, ces marqueurs pourraient aider à mieux identifier les jeunes qui sont le plus à risque de développer un trouble de l’humeur, et ainsi permettre la mise en place précoce de stratégies préventives adaptées, afin d’éviter des trajectoires développementales psychopathologiques.

Corrélats neuronaux du circuit des récompenses chez les jeunes à risque parental de troubles de l'humeur

Cette thèse a pour objectif l’investigation du circuit des récompenses, sur les plans comportementaux et neuronaux, chez des adolescents à risque parental élevé de dépression majeure et de trouble bipolaire, en comparaison à des jeunes à risque parental peu élevé. Plus précisément, le but est d’identifier des marqueurs comportementaux et neuronaux du risque de développer une dépression majeure ou un trouble bipolaire, afin d’être en mesure de détecter et de prévenir ces troubles le plus tôt possible pour éviter, ou du moins retarder, leur émergence. Pour ce faire, nous avons réalisé deux études, présentées ici dans deux articles empiriques. Dans le premier article, le fonctionnement comportemental et neuronal du circuit des récompenses a été investigué au moyen d’une tâche d’anticipation et d’obtention de gains et de pertes monétaires, chez des adolescents à risque parental de dépression majeure (i.e., jeunes asymptomatiques dont un des parents souffre de dépression majeure), des adolescents à risque parental de trouble bipolaire (i.e., jeunes asymptomatiques dont un des parents souffre de trouble bipolaire) et des adolescents contrôles (i.e., jeunes asymptomatiques dont les deux parents sont en bonne santé mentale). Au niveau comportemental, les résultats ont révélé une meilleure performance chez les jeunes à risque de dépression majeure lorsqu’ils devaient éviter d’obtenir des pertes monétaires de magnitude variée (0,20$, 1$ ou 5$), ainsi qu’une meilleure performance chez les jeunes à risque de trouble bipolaire sur les essais impliquant d’éviter des pertes monétaires de magnitude nulle (0$). Au niveau neuronal, les jeunes à risque de dépression majeure démontraient une diminution de l’activation du cortex préfrontal dorsolatéral lors de l’anticipation de potentielles pertes monétaires de magnitude variée, tandis que les jeunes à risque de trouble bipolaire démontraient une diminution de l’activation du cortex préfrontal dorsolatéral lors de l’anticipation de potentielles pertes monétaires de magnitude nulle. De plus, les jeunes à risque de dépression majeure tendaient à démontrer une augmentation de l’activité du cortex orbitofrontal durant l’évitement réussi de pertes monétaires, tandis que les jeunes à risque de trouble bipolaire tendaient à démontrer une augmentation de l’activité du cortex orbitofrontal lors de l’obtention de pertes monétaires. Dans le deuxième article, l’intégrité structurelle des régions fronto-limbiques a été investiguée, au moyen de mesures du volume, de l’épaisseur corticale et de la superficie corticale. Les résultats ont mis en évidence, chez les jeunes à risque de trouble bipolaire, un volume plus élevé du cortex préfrontal dorsolatéral, par rapport aux jeunes à risque de dépression majeure et contrôles. De plus, les jeunes à risque de trouble bipolaire présentaient un volume plus élevé du cortex cingulaire postérieur, en comparaison aux jeunes à risque de dépression majeure. Enfin, une diminution de l’épaisseur corticale du cortex orbitofrontal et du gyrus frontal moyen a été observée chez les adolescents à risque de trouble bipolaire, en comparaison au groupe contrôle. L’ensemble de ces résultats démontre ainsi l’existence de particularités comportementales et d’altérations neuronales sur les plans fonctionnel et structurel, chez des jeunes à risque élevé de troubles de l’humeur, et ce, avant même l’émergence des premiers symptômes thymiques. Plus particulièrement, ces caractéristiques pourraient constituer des marqueurs du risque de développer un trouble de l’humeur. Par conséquent, ces marqueurs pourraient aider à mieux identifier les jeunes qui sont le plus à risque de développer un trouble de l’humeur, et ainsi permettre la mise en place précoce de stratégies préventives adaptées, afin d’éviter des trajectoires développementales psychopathologiques.

Theory of mind and relational complexity

Cognitive complexity and control theory and relational complexity theory attribute developmental changes in theory of mind (TOM) to complexity. In 3 studies, 3-, 4-, and 5-year-olds performed TOM tasks (false belief, appearance-reality), less complex connections (Level 1 perspective-taking) tasks, and transformations tasks (understanding the effects of location changes and colored filters) with content similar to TOM. There were also predictor tasks at binary-relational and ternary-relational complexity levels, with different content. Consistent with complexity theories: (a) connections and transformations were easier and mastered earlier than TOM; (b) predictor tasks accounted for more than 80% of age-related variance in TOM; and (c) ternary-relational items accounted for TOM variance, before and after controlling for age and binary-relational items. Prediction did not require hierarchically structured predictor tasks.

The neurodevelopmental hypothesis of schizophrenia: a review of recent developments

The neurodevelopmental hypothesis (NDH) of schizophrenia suggests that a disruption of brain development during early life underlies the later emergence of psychosis during adulthood. The aim of this review is to chart the challenges and subsequent refinements to this hypothesis, with particular reference to the static versus progressive nature of the putative neurobiological processes underlying the NDH. A non-systematic literature review was undertaken, with an emphasis on major review papers relevant to the NDH. Weaknesses in the explanatory power of the NDH have led to a new generation of more refined hypotheses in recent years. In particular, recent versions of the hypothesis have incorporated evidence from structural neuroimaging which suggests changes in brain volumes after the onset of schizophrenia. More detailed models that incorporate progressive neurobiological processes have replaced early versions of the NDH, which were based on a 'static encephalopathy. In addition, recent models have suggested that two or more 'hits' are required over the lifespan rather than only one early-life event. Animal models are providing important insights into the sequelae of disturbed early brain development. The NDH has provided great impetus to the schizophrenia research community. Recent versions of the hypothesis have encouraged more focused and testable hypotheses.

Event-related potential correlates of impaired visuospatial working memory in schizophrenia

Previous studies have reported that patients with schizophrenia demonstrate impaired performance during working memory (WM) tasks. The current study aimed to determine whether WM impairments in schizophrenia are accompanied by reduced slow wave (SW) activity during on-line maintenance of mnemonic information. Event-related potentials were obtained from patients with schizophrenia and well controls as they performed a visuospatial delayed response task. On 50% of trials, a distractor stimulus was introduced during the delay. Compared with controls, patients with schizophrenia produced less SW memory negativity, particularly over the right hemisphere, together with reduced frontal enhancement of SW memory negativity in response to distraction. The results indicate that patients with schizophrenia generate less maintenance phase neuronal activity during WM performance, especially under conditions of distraction.

Human brain regions required for the dividing and switching of attention between two features of a single object

This combined PET and ERP study was designed to identify the brain regions activated in switching and divided attention between different features of a single object using matched sensory stimuli and motor response. The ERP data have previously been reported in this journal [64]. We now present the corresponding PET data. We identified partially overlapping neural networks with paradigms requiring the switching or dividing of attention between the elements of complex visual stimuli. Regions of activation were found in the prefrontal and temporal cortices and cerebellum. Each task resulted in different prefrontal cortical regions of activation lending support to the functional subspecialisation of the prefrontal and temporal cortices being based on the cognitive operations required rather than the stimuli themselves. (C) 2003 Elsevier Science B.V. All rights reserved.

Does interhemispheric competition mediate motion-induced blindness? A transcranial magnetic stimulation study

Motion-induced blindness (MIB) is a phenomenon, perhaps related to perceptual rivalry, where stationary targets disappear and reappear in a cyclic mode when viewed against a background (mask) of coherent, apparent 3-D motion. Since MIB has recently been shown to share similar temporal properties with binocular rivalry, we probed the appearance-disappearance cycle of MIB using unilateral, single-pulse transcranial magnetic stimulation (TMS)-a manipulation that has previously been shown to influence binocular rivalry. Effects were seen for both hemispheres when the timing of TMS was determined prospectively on the basis of a given subject's appearance-disappearance cycle, so that it occurred on average around 300 ms before the time of perceptual switch. Magnetic stimulation of either hemisphere shortened the time to switch from appearance to disappearance and vice versa. However, TMS of left posterior parietal cortex more selectively shortened the disappearance time of the targets if delivered in phase with the disappearance cycle, but lengthened it if TMS was delivered in the appearance phase after the perceptual switch. Opposite effects were seen in the right hemisphere, although less marked than the left-hemisphere effects. As well as sharing temporal characteristics with binocular rivalry, MIB therefore seems to share a similar underlying mechanism of interhemispheric modulation. Interhemispheric switching may thus provide a common temporal framework for uniting the diverse, multilevel phenomena of perceptual rivalry.

Gene expression in profiling in individual cases reveals consistent transcriptional changes in alcoholic human brain

Chronic alcohol exposure induces lasting behavioral changes, tolerance, and dependence. This results, at least partially, from neural adaptations at a cellular level. Previous genome-wide gene expression studies using pooled human brain samples showed that alcohol abuse causes widespread changes in the pattern of gene expression in the frontal and motor cortices of human brain. Because these studies used pooled samples, they could not determine variability between different individuals. In the present study, we profiled gene expression levels of 14 postmortem human brains (seven controls and seven alcoholic cases) using cDNA microarrays (46 448 clones per array). Both frontal cortex and motor cortex brain regions were studied. The list of genes differentially expressed confirms and extends previous studies of alcohol responsive genes. Genes identified as differentially expressed in two brain regions fell generally into similar functional groups, including metabolism, immune response, cell survival, cell communication, signal transduction and energy production. Importantly, hierarchical clustering of differentially expressed genes accurately distinguished between control and alcoholic cases, particularly in the frontal cortex.

Genetic study of alcoholism and novel gene expression in the alcoholic brain

Alcohol dependence may result from neuroadaptation involving alteration of gene expression after long-term alcohol exposure. The systematic study of gene expression profiles of the human alcoholic brain was initiated using the method of polymerase chain reaction (PCR)-differential display and was followed by DNA microarray. To date, more than 100 alcohol-responsive genes have been identified from the frontal cortex, motor cortex and nucleus accumbens of the human brain. These genes have a wide range of functions in the brain and indicate diverse actions of alcohol on neuronal function. This review discusses the current information on the genetic basis of alcoholism and the induction and characterization of these alcohol-responsive genes.

The concurrent validity and test-retest reliability of a visuospatial working memory task

To determine whether the visuospatial n-back working memory task is a reliable and valid measure of cognitive processes believed to underlie intelligence, this study compared the reaction times and accuracy of perforniance of 70 participants, with performance on the Multidimensional Aptitude Battery (MAB). Testing was conducted over two sessions separated by 1 week. Participants completed the MAB during the second test session. Moderate testretest reliability for percentage accuracy scores was found across the four levels of the n-back task, whilst reaction times were highly reliable. Furthermore, participants' performance on the MAB was negatively correlated with accuracy of performance at the easier levels of the n-back task and positively correlated with accuracy of performance at the harder task levels. These findings confirm previous research examining the cognitive basis of intelligence, and suggest that intelligence is the product of faster speed of information processing, as well as superior working memory capacity. (C) 2004 Elsevier Inc. All rights reserved.

Using psilocybin to investigate the relationship between attention, working memory, and the serotonin 1A and 2A receptors

Increasing evidence suggests a link between attention, working memory, serotonin (5-HT), and prefrontal cortex activity. In an attempt to tease out the relationship between these elements, this study tested the effects of the hallucinogenic mixed 5-HT1A/2A receptor agonist psilocybin alone and after pretreatment with the 5-HT2A antagonist ketanserin. Eight healthy human volunteers were rested on a multiple-object tracking task and spatial working memory task under the four conditions: placebo, psilocybin (215 mu g/kg), ketanserin (50 mg), and psilocybin and ketanserin. Psilocybin significantly reduced attentional tracking ability, but had no significant effect on spatial working memory, suggesting a functional dissociation between the two tasks. Pretreatment with ketanserin did not attenuate the effect of psilocybin on attentional performance, suggestinga primary involvement of the 5-HT1A receptor in the observed defecit. Based on physiological and pharmacological data,we speculate that this impaired attentional performance may reflect a reduced ability to suppress or ignore distracting stimuli rather than reduced attentional capacity. The clinical relevance of these results is also discussed.